Mentre i leader e le organizzazioni si sforzano di ridurre le emissioni di carbonio, l'uso dell'idrogeno come fonte di combustibile continua a emergere come un'alternativa convincente. Il riscaldamento di processo attraverso la combustione dell'idrogeno non è necessariamente una novità. Le industrie di raffinazione e petrolchimiche hanno sfruttato il contenuto di riscaldamento nei sottoprodotti (molti di quelli ricchi di idrogeno) per massimizzare l'efficienza dell'unità, ridurre il consumo di combustibile acquistato ed eliminare il rilascio di idrocarburi incombusti nell'atmosfera. Mentre la natura carbon free dell'idrogeno offre un percorso apparentemente semplice verso emissioni carbon free, la transizione all'idrogeno presenta diverse sfide che, se non mitigate, avranno un impatto negativo sulla fattibilità di prodotti e servizi fondamentali per la nostra vita quotidiana.
Capire le basi
Il riscaldamento a combustione è stato un metodo efficace e popolare per fornire il calore necessario per guidare le reazioni chimiche nei grandi processi industriali. I processi di raffinazione, reforming e cracking si sono tradizionalmente basati su fonti di energia prontamente disponibili (ad esempio il gas naturale). Sebbene i combustibili fossili siano stati una fonte di energia efficiente e a basso costo necessaria per la raffinazione e la distillazione del petrolio, il carbonio contenuto in questi combustibili si traduce in emissioni indesiderate che hanno un impatto ambientale a lungo termine. Tuttavia, la combustione dell'idrogeno mitiga la formazione di CO2 come prodotto della combustione, rendendola un'opzione interessante per ridurre le emissioni di gas serra.
Sebbene
la meccanica della combustione dell'idrogeno sia simile a quella della maggior parte degli altri combustibili idrocarburici, le prestazioni del bruciatore sono significativamente diverse quando si alimenta l'idrogeno. La combustione dell'idrogeno ha una temperatura della fiamma adiabatica considerevolmente più elevata, limiti di infiammabilità più ampi e una velocità di reazione più rapida. Queste proprietà influenzeranno le velocità di trasferimento del calore, l'efficienza complessiva del riscaldatore di processo e, in ultima analisi, il modo in cui i forni dovrebbero essere utilizzati. Inoltre, queste caratteristiche possono devastare le apparecchiature di riscaldamento a combustione (ad esempio i bruciatori premiscelati) che potrebbero non essere progettate per questo.
Affidabilità del bruciatore
L'elevata temperatura della fiamma, gli ampi limiti di infiammabilità e la velocità di fiamma dell'idrogeno possono portare a una maggiore usura dei materiali utilizzati nelle apparecchiature di riscaldamento a fiamma. I progetti complessivi delle apparecchiature che funzionano bene con il gas naturale potrebbero degradarsi a un ritmo accelerato quando si tratta di combustione dell'idrogeno. Ciò richiede lo sviluppo di strategie di progettazione dei bruciatori più robuste, insieme a materiali di costruzione aggiornati, per ridurre i problemi di affidabilità e raggiungere le lunghezze di funzionamento desiderate.
L'idrogeno
ha un intervallo di infiammabilità più ampio rispetto al gas naturale, aumentando il rischio di accensione ed esplosioni durante le condizioni di avviamento. L'implementazione di protocolli di sicurezza ben fondati e la progettazione di sistemi a prova di guasto sono fondamentali per mitigare questi rischi.
Opportunità di innovazione
Design vantaggioso del bruciatore:
le proprietà uniche della combustione dell'idrogeno offrono l'opportunità di innovare nella progettazione dei bruciatori. John Zink's i bruciatori e le tecnologie avvantaggiate sono fatti su misura per prosperare nel campo specifico in cui operano. Con decenni di esperienza nella combustione di un alto contenuto di idrogeno, lo sviluppo dei bruciatori si è concentrato su due questioni chiave:
- Affidabilità delle apparecchiature: i materiali di consumo in un bruciatore di processo sono, in termini pratici, inevitabili. Pertanto, i design dei bruciatori avvantaggiati saranno quelli che riducono in modo significativo ed efficace la dipendenza dai materiali di consumo senza ridurre le prestazioni del bruciatore.
- Operazioni coerenti: il livello successivo di prestazioni può essere trovato sfruttando l'esperienza in materia per regolare le prestazioni di combustione in tempo reale per ottenere le prestazioni desiderate indipendentemente dalla variazione della composizione del carburante e della temperatura dell'aria di combustione. Il bruciatore SOLEX può fare proprio questo. Sfruttando due zone di combustione indipendenti, la stechiometria in parti strategiche del bruciatore può essere regolata in modo efficace per mitigare il rischio di ritorno di fiamma e ottimizzare le prestazioni di NOx.
Figura 1 Zone
- Sistemi di sicurezza: La necessità di robusti sistemi di sicurezza sta promuovendo l'innovazione nella tecnologia dei sensori e nei sistemi di controllo. Questi progressi garantiscono che l'idrogeno possa essere utilizzato in modo sicuro, riducendo il rischio di incidenti e migliorando l'affidabilità complessiva del processo.
Considerazioni economiche
La transizione all'idrogeno richiede un investimento di capitale significativo. Ciò include l'adeguamento delle infrastrutture esistenti, lo sviluppo di nuove apparecchiature e la garanzia del rispetto degli standard di sicurezza. Sebbene i vantaggi a lungo termine della riduzione delle emissioni di carbonio siano evidenti, i costi iniziali possono essere un deterrente per molte applicazioni. I governi e gli organismi di regolamentazione possono svolgere un ruolo fondamentale fornendo incentivi e sussidi per compensare questi costi e incoraggiare l'adozione della tecnologia dell'idrogeno. Inoltre, questi investimenti nelle infrastrutture per l'idrogeno possono migliorare la produttività delle unità e offrire un ritorno sull'investimento dello sforzo di decarbonizzazione.
